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1、·110· 2013年第5期2013年10月SichuanBuildingMaterials第39卷总第175期DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2013.05.052高填方暗道土压力分布规律数值分析12张静,靳楠(1．宝鸡市民用建筑勘察设计院,陕西宝鸡721001;2．宝鸡市凤县水利局水利工作管理站,陕西宝鸡721700)摘要:在本文中,笔者通过有限元软件对高填方输煤中等湿陷性黄土、粉质黏土、泥岩碎屑岩和砂岩。暗道所管道工程进行数值模拟,研究了土压力分布规律,
2、发现暗道处位置原先地貌为一个冲沟,开挖完成后,暗道深度达近顶面以上土体位移两边大,中间小;顶部土压力分布中间大,40m,下层地基土软弱,且有地下水渗出。暗道西起产品两侧小;暗道顶填土高度较低时,顶部中心处土压力集中系煤槽仓,东至西岸台地与铁路装车站栈桥,整个结构物全数呈增大趋势,当填土高度较大时,土压力集中系数开始长230m,自西向东1°33′41″,设计断面为直墙半圆拱形,减小,最终趋向稳定;填土高度较大时,暗道侧部水平向、净宽5400mm,净高4200mm。暗道结构横断面宽7100竖向土压力
3、随填土高度增加变化很小,水平向土压力与竖mm,高7650mm,北侧距离边坡6~8m,坡角45°~55°;向土压力比值保持在0．47~0．55之间,与静止土压力系数南侧距离边坡6~8m,坡角45°~55°,断面形式为宽胸腔接近。对称沟埋式。现场回填采取震动碾压、分层多阶段完成,关键词:高填方;土压力;数值分析最终回填到地面高度。输煤暗道断面尺寸图如图1。中图分类号:TU470文献标志码:B文章编号:1672-4011(2013)05-0110-030前言涵洞、涵管等地下结构物,多用作水利水电工程泄
4、洪洞、公路铁路涵洞等。对于高填方暗道,其结构尺寸及刚度都显著增大,且周围覆盖深厚岩土体,在巨大土压力荷载作用下,设计中如何估算结构物周边土压力,这在暗道结构设计中是一个非常重要的问题。对于土压力的分布,[1]众多学者进行了研究,前苏联克列恩教授于1946年提出坝下泄洪洞的土压力计算方法,并著有《地下管计算》一书,在高填土涵洞的土压力计算方面,提出了很多值得借鉴的理图1暗道断面尺寸图[2]论观点;孙长生针对我国黄土地区大量冲沟下深埋结构物,经过大量实地调查指出,涵洞上方的新填土和隧道地层2数值模拟
5、分析[3-5]中的土体存在很大的差别;顾安全和赵玉琼认为,涵洞根据实际工程,建立有限元模型如图2所示,地基处顶土压力随填土高度线性增长,影响结构物顶部土压力分布理深度为地下15．0m,该深度已经达强风化岩层,所以建的原因是,土体刚度和结构物刚度的巨大差异,导致结构顶[6-9]立有限元模型时,选取结构基础下20m为深度计算范围。部土体、内土柱与外土柱沉降差;冯居忠根据现场材料数值分析时,为了使单元划分不当对计算准确性的影响降实测,采用回归分析计算了大型沟埋式管道的侧向土压力,[10-11]到最低,
6、网格划分采用K-线面映射四边形网格。给出了相应的计算公式;娄奕红、王秉勇对公路铁路有关填土荷载计算规范进行比对,针对不同土质提出了各自的计算方法,但目前对高填方土压力计算没有统一的计算理论,鉴于此,本文依托某实际工程,采用有限元数值模拟,分析高填方输煤暗道土压力的分布规律。1工程概况该工程位于山西省北部朔州市,处于山西、陕西、内蒙国家能源化工基地。地貌为典型的黄土高原沟壑地带,冲沟发育。地质条件复杂,覆盖土层依次为深厚冲填土、作者简介:张静(1985-),女,陕西宝鸡人,助理工程师,主要从事岩土
7、工程设计工作。图2模型网格划分图 2013年第5期·111·第39卷总第175期SichuanBuildingMaterials2013年10月填土材料参数分为两类,从暗道地基面至暗道结构顶部加而加剧。的回填土为粘性黄土;从暗道结构顶部至地基以上30m高(1)暗道顶填土高度变化时,顶部平面内土压力分布为矿坑渣土和黄土混合形成的杂填土。由于回填料粒径大规律如图4所示。且级配不均匀,为了尽可能反映现场实际情况,回填土参数0.50值选取时,结构顶面以上回填土粘聚力c取5kPa,内摩擦角0.4
8、5填土2.5m0.40φ取较大值,并且假设材料受剪切时不发生剪胀破坏,所/mm0.35填土22.5m以材料剪胀角φf取为零。材料模拟参数取值如表1所示。0.30表1数值模拟参数取值表0.250.20E/MPaμC/kPaφγ0.15暗道结构2×1050．2//2．6暗道顶平面位移0.10回填土1200．3510101．70.05回填土2150．355201．70.00-20-1001020复合地基400．2620301．9距暗道中心距离/m地基土1300．315201．75地基土2400．315
